張忠雄，梁 誼，何建東，安 毅

(1.寧夏強(qiáng)夯機(jī)械工程有限公司，寧夏 銀川 750000；2.中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043；3.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043；4.西安建筑科大工程技術(shù)有限公司，陜西 西安 710000)

1 概述

西北地區(qū)近年來開展了大量工業(yè)建筑場平等高填方工程，涉及到大面積、大厚度、低含水率的濕陷性黃土地基處理。濕陷性黃土廣泛分布于西北地區(qū)，在一定壓力下受水浸濕，土體結(jié)構(gòu)會(huì)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉[1]，特別是低含水率、大厚度濕陷性黃土，濕陷性強(qiáng)烈，對工程的危害更大。在濕陷性黃土場地上工程項(xiàng)目，如何消除黃土濕陷性，提高地基承載力，是工程關(guān)注的焦點(diǎn)，合理地選用地基處理方案至關(guān)重要。

濕陷性黃土地基處理應(yīng)綜合考慮場地濕陷類型、地基濕陷等級、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式以及當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)和施工條件等因素[2]。本文以蘭州新區(qū)某化工園區(qū)Ⅳ級（很嚴(yán)重）自重濕陷性黃土地基工程為背景，分析對比了墊層法、強(qiáng)夯法、擠密樁法和樁基礎(chǔ)等幾種常用濕陷性黃土地基處理方法的可行性、處理效果及經(jīng)濟(jì)合理性，給出適用于本場地的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。同時(shí)針對場地周邊回填土處理問題，提出了幾點(diǎn)處理措施建議。相關(guān)成果可為后期工程建設(shè)節(jié)省投資，同時(shí)也為濕陷類似工程地基處理提供借鑒。

2 工程概況及地質(zhì)條件

本工程位于蘭州新區(qū)永登縣精細(xì)化工園區(qū)，棲云山路(經(jīng)三十六路)東側(cè)，緯五十五路(黨河街)北側(cè)。本工程原始地貌單元屬山前沖積扇前緣，地形起伏較小，地形北高南低?，F(xiàn)狀場地已人工平整，地勢平坦，場地及周邊未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，較穩(wěn)定。根據(jù)本工程勘察報(bào)告，場地地下水埋藏較深?？碧近c(diǎn)控制范圍內(nèi)擬建場地綜合評定為Ⅳ級（很嚴(yán)重）自重濕陷性場地，濕陷下限深度為20.0m?？辈焐疃确秶鷥?nèi)各土層分布及相應(yīng)物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 土層分布及物理力學(xué)指標(biāo)

3 地基處理方案初步比選

根據(jù)規(guī)范[2]《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》GB50025-2018，大厚度濕陷性黃土地基上的甲類建筑基礎(chǔ)底面以下具自重濕陷性的黃土層應(yīng)全部處理，且應(yīng)將附加壓力與上覆土飽和自重壓力之和大于濕陷起始壓力的非自重濕陷性黃土層一并處理；乙類、丙類建筑應(yīng)采取地基處理措施消除地基的部分濕陷量。當(dāng)基礎(chǔ)下濕陷性黃土層厚度較薄，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時(shí)，也可消除地基的全部濕陷量或?qū)⒒A(chǔ)設(shè)置在非濕陷性土層或巖層上，或采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性黃土層。

目前，我國濕陷性黃土地區(qū)最常用的地基處理方法包括墊層法、強(qiáng)夯法、擠密樁法和樁基礎(chǔ)等[3]。

3.1 墊層法

墊層法[4]是將濕陷性土挖至一定深度，回填抗剪強(qiáng)度較高、壓縮性較小的巖土材料，如砂、石渣等，并分別夯實(shí)，形成雙層地基。墊層能有效擴(kuò)散基底壓力，可提高地基承載力，減少沉降。該方法適用于地下水位以上的淺層濕陷性黃土，局部或整片處理淺層地基處理，一般處理厚度為1～3m。本工程濕陷土層下限深度介于13.4～20m，為Ⅳ級（很嚴(yán)重）自重濕陷性場地。在不考慮承載力是否滿足情況下，如采用墊層處理，換填厚度普遍需在3m 以上，且換填過程中需要開挖回填土方，施工周期相對較長，故不適合采用。

3.2 擠密樁法

灰土擠密樁[5]適用于處理地下水以上的濕陷性黃土地基，它是利用沉管、沖擊或爆擴(kuò)等方法，在土中成孔擠密，然后在孔中分層填入灰土并夯實(shí)。在成孔和夯實(shí)過程中，原處于樁孔部位的土全部擠入周圍土層中，使距樁周一定距離內(nèi)的天然土得到擠密，從而消除樁間土的濕陷性并提高承載力?；彝翗妒且环N柔性樁，灰土擠密樁地基上部荷載由樁和樁間土共同承擔(dān)，擠密后的地基為復(fù)合地基，類似墊層一樣共同作用，上部荷載通過其往下傳遞時(shí)應(yīng)力要擴(kuò)散，而且比天然地基擴(kuò)散得更快，在加固深度以下，附加應(yīng)力將大大減少。可處理的濕陷性黃土的厚度為5～20m。當(dāng)擠密前土的含水量大于24%、飽和度大于65%或含水量很不均勻時(shí)，不宜采用該法。

本工程濕陷土層最大厚度為20m。場地內(nèi)甲類建筑濕陷性需全部消除，局部最大處理深度大于20m，其余類別建筑采用擠密樁處理，處理深度介于8～15m。因此，本工程可以考慮采用擠密樁處理。但應(yīng)在現(xiàn)場選擇有代表性的地段進(jìn)行試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，取得需要的設(shè)計(jì)參數(shù)后，再進(jìn)行地基處理設(shè)計(jì)和施工。

3.3 增濕聯(lián)合高能級強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法[6]是利用重力機(jī)械將重錘起吊一定高度后，突然釋放，重錘從高處自由下落對地基產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊能，在地基土中產(chǎn)生巨大的應(yīng)力波來破壞土體原有的大孔隙結(jié)構(gòu)，隨后土體重新固結(jié)，承載力提高。同時(shí)，強(qiáng)夯還提高了土層的均勻程度，減少地基的差異沉降。強(qiáng)夯法不僅能提高地基土的強(qiáng)度、降低其壓縮性，還能改善地基土的抗振動(dòng)液化能力，消除土的濕陷性，所以該方法還常用于處理可液化砂土地基和濕陷性黃土地基等。采用強(qiáng)夯法處理地基時(shí)，為達(dá)到最佳強(qiáng)夯加密效果，地基土的含水率需處于最優(yōu)含水率附近，但西北地區(qū)因降水少，黃土含水率低，直接強(qiáng)夯處理效果不佳，加固影響深度較小。根據(jù)國內(nèi)外工程資料[7]，先對場地增濕至適宜含水率，再進(jìn)行高能級強(qiáng)夯的過程已有相關(guān)的研究報(bào)導(dǎo)。

本工程濕陷性黃土最厚為13.4～20m，且地基土天然含水率介于7.4%～9.0%。不宜直接強(qiáng)夯，需增濕處理后采用高能級強(qiáng)夯處理。但應(yīng)在現(xiàn)場選擇有代表性的地段進(jìn)行試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，取得需要的設(shè)計(jì)參數(shù)后，再進(jìn)行地基處理設(shè)計(jì)和施工。

3.4 樁基礎(chǔ)

本工程濕陷土層下限深度介于13.4～20m，為Ⅳ級（很嚴(yán)重）自重濕陷性場地。若采用樁基礎(chǔ)方案，另需考慮負(fù)摩阻力對樁基承載力的影響。若直接采用樁基礎(chǔ)，建議樁型為端承摩擦樁，以⑤層泥巖（中風(fēng)化）為樁端持力層，樁端進(jìn)入⑤層泥巖（中風(fēng)化）的深度不應(yīng)小于一倍的樁徑，遇軟弱夾層需穿透，該方案施工周期較短，工程安全系數(shù)高，但工程造價(jià)顯著增大，施工難度相對較大。因此，考慮建設(shè)投資的經(jīng)濟(jì)性，不建議采用樁基方案。

3.5 場區(qū)周邊回填土處理

擬建場地屬于典型“挖填造地”工程，分布場地四周，最大填方厚度約為10m。根據(jù)場地勘察報(bào)告，場地填土屬于直接推填形成，未經(jīng)碾壓處理，工程性質(zhì)較差。因此，考慮到場地后期綠化帶及道路等附屬設(shè)施不發(fā)生均勻沉降，造成室外散水或路面開裂等質(zhì)量問題。綜合考率填土厚度、加固質(zhì)量、工期和造價(jià)等因素，建議場地周邊回填土采用直接強(qiáng)夯處理，強(qiáng)夯處理有效加固深度至少為6m。采用強(qiáng)夯加固施工前，應(yīng)在現(xiàn)場選擇有代表性的地段進(jìn)行試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，取得需要的設(shè)計(jì)參數(shù)后，再進(jìn)行地基處理設(shè)計(jì)和施工。

4 結(jié)論及建議

根據(jù)本工程場地土的地質(zhì)條件和工程特點(diǎn)，本場地初步可采用擠密樁或增濕聯(lián)合高能級強(qiáng)夯方案。無論采用何種地基處理方案，施工前均應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)工作，以確定處理效果和施工參數(shù)。施工完成后，應(yīng)根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）和有關(guān)規(guī)定，對地基處理效果（地基強(qiáng)度、濕陷性消除情況）、施工質(zhì)量、地基承載力等進(jìn)行檢測。

本工程后續(xù)若開展增濕聯(lián)合高能級強(qiáng)夯試夯工作，建議：①增濕施工結(jié)束后3周進(jìn)行強(qiáng)夯，使土體中水分有充足時(shí)間消散；②采用錘擊鋼管擠土成孔，擠土效應(yīng)使孔壁趨于密實(shí)，不利于水的擴(kuò)散。建議采用麻花轉(zhuǎn)成孔方式，盡量保證不對孔壁擾動(dòng)，便于水分滲透，增強(qiáng)增濕效果。③增濕孔填充材料可采用級配良好的碎石含砂并控制含泥量不能過大，應(yīng)可增強(qiáng)增濕效果。